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下承式外倾钢管拱桥索力优化及稳定性分析
| 论文题名： | 下承式外倾钢管拱桥索力优化及稳定性分析 |
| 关键词： | 下承式外倾钢管拱桥;成桥索力;施工阶段索力;结构参数变化;稳定性能 |
| 摘要： | 外倾钢管拱桥的拱肋由跨中向拱脚逐渐收窄，多个拱肋板件依次锐角相交，拱肋和主梁之间的连接吊杆，随拱肋的变化呈角度布置，主梁上的荷载经吊杆传递至拱肋后，结构受力情况复杂，对外倾钢管拱桥进行索力优化和稳定性分析极具工程指导意义。本文以某下承式外倾钢管拱桥为工程背景，利用MidasCivil建立有限元模型，对该桥的成桥索力和施工阶段索力进行求解，并分析结构参数变化对其稳定性的影响，采用灰色关联理论评估结构参数变化对其稳定性影响的关联程度，为今后此类桥梁施工和设计优化提供借鉴。本文的主要研究内容和结论包括以下几个方面： （1）利用MidasCivil建立外倾钢管拱桥的有限元模型，对施工阶段进行模拟分析，将各施工阶段采集的线形、应力数据和设计、模拟值对比，结果表明：各施工阶段的实测值吻合较好。 （2）利用有限元模型，分别采用最小弯曲能量法、刚性支撑连续梁法、刚性吊杆法和未知荷载系数法对成桥索力进行初步求解，并引入等频率法对成桥索力进行优化，结果表明：刚性支撑连续梁法求解的吊杆索力值出现负值，不适用于三跨连续梁成桥索力的求解；未知荷载系数法求解的初始索力相对较为均匀，且结构的受力较为合理，进行索力优化后，更符合结构实际的受力情况。 （3）分析了吊杆张拉顺序对主梁、主拱内力的影响，确定了最优张拉方案，并采用正装迭代法和倒拆-正装迭代法求解施工过程中吊杆初张力，结果表明：以倒拆-正装迭代法的计算结果为吊杆初张力，采用从拱肋四分点至跨中再至拱肋四分点依次对称张拉，最后张拉拱脚处吊杆，符合施工的安全性和经济性。 （4）利用有限元模型，对外倾钢管拱桥在不同工况的稳定性进行分析，并探讨吊杆参数、拱肋参数、矢跨比、横撑参数等结构参数变化对桥梁稳定性的影响，结果表明：结构的稳定性主要受恒载的影响，考虑非线性因素后，结构的稳定性有一定的降低，但仍处于安全状态；拱肋外倾角度在15?、矢跨比处于1/3.5~1/4时，结构具有较高的稳定性，而拱肋厚度在23mm~25mm时，结构的稳定性提升较为明显。 （5）采用灰色关联理论评估参数变化对结构稳定性影响的关联程度，不同变化因素与稳定系数之间的关联度排序为：吊杆布置角度＞矢跨比＞拱肋厚度＞拱肋外倾角度＞拱肋截面形式＞横撑形式；对于外倾钢管拱桥而言，拱肋的矢跨比和吊杆布置角度通常难以进行过多的优化，为提高其稳定性，应对拱肋厚度和拱肋外倾角度进行优化。图50幅，表48个，参考文献63篇。 |
| 作者： | 张松鹏 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 丁亚红;廖盛荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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